什么是U型压力计计算器?
U型压力计(manometer)是一种结构简单的测压仪器,它通过液柱自身的重量与待测压力相平衡来测量压力。本计算器采用流体静力学关系式 \(P = \rho \cdot g \cdot h\),把液柱的高度换算成对应的压差。这是一个通用的物理工具——适用于任何场景,不涉及任何特定国家或地区的假设。
使用方法
只需输入三个数值:流体密度 \(\rho\),单位为千克每立方米(水约为 1000,水银约为 13600);重力加速度 \(g\)(地球约为 9.81 m/s²);以及液柱高度 \(h\),单位为米。计算器会以帕斯卡(Pa)为单位给出压差,并同步换算为千帕(kPa)、巴(bar)、毫米汞柱(mmHg)和磅每平方英寸(psi)。
公式详解
静止流体液柱所产生的压力只取决于液柱的竖直高度,与容器的形状或横截面积无关。密度 \(\rho\) 表示单位体积流体的重量,重力加速度 \(g\) 决定这部分质量被向下拉的强度,高度 \(h\) 则是两个液面之间的竖直高度差。三者相乘即可得到以帕斯卡为单位的表压:
$$P = \rho g h$$
计算实例
一支水银压力计(\(\rho = 13600 \ \text{kg/m}^3\))在地球上(\(g = 9.81 \ \text{m/s}^2\))显示出 0.1 m 的高度差:
$$P = 13600 \times 9.81 \times 0.1 = 13341.6 \ \text{Pa} \approx 13.34 \ \text{kPa} \approx 100.07 \ \text{mmHg}$$常见问题
为什么管子的形状没有影响?流体静压力只与竖直深度有关,因此管径粗细和形状都不会影响测量结果。
水应该用多大的密度?室温下纯水的密度约为 1000 kg/m³;水银约为 13600 kg/m³。
得到的是表压还是绝对压力?计算结果是液柱产生的压差(即表压);若需要绝对压力,再加上大气压(约 101325 Pa)即可。